某管桩成型机液压系统设计开题报告

全文总字数：8421字

1. 研究目的与意义（文献综述）

1.设计目的：

混凝土管桩作为一种地基处理及桩基础形式从上个世纪初产生到现在已经得到了很大的发展，目前广泛应用在多层与高层民用建筑、多层工业厂房、大型设备基础、城市高架道路基础、铁路、公路、桥梁、港口码头、机场、城市轻轨、地下工程、市政等工程中。

管桩成型，首先是通过管桩喂料机将制备好的新拌混凝土输送到管桩钢模内，待混凝土沿四周填满整个管模的时候，将管模置于离心成型机上，利用离心力、重力、粘聚力、摩擦力使游动的混凝土经过低速、低中速、中速、高速四种速度，通过布料→二级过渡→密实三个阶段，实现水泥、石、沙混合桨在钢模中的有序排列，再经过常压蒸养养护，脱模后再进行自然养护，待混凝土强度达到设计要求后就可以出成品了。因此，管桩产品质量的好坏和其中的每一步工艺流程息息相关。

管桩成型机是由喂料机贺管模旋转装置组成的的。它是混凝土管桩的主要生产设备。传统的管桩成型机液压系统的电气控制部分是通过继电器、接触器来实现的。这种控制方式结构简单，但是抗干扰能力差，工作效率低，控制精度低，针对这种情况，我将尝试对管桩成型机的液压控制系统进行设计开发。

2. 研究的基本内容与方案

1.设计的基本内容

传动方式的选择：选择何种传动方式对于管桩成型机是否能够长期方便而又顺利地运行至关重要。传统的机械传动是一种技术成熟、质量可靠的传动方式,但体积庞大、制造成本高、维修困难、动作反应迟钝、产品升级自动化控制难度大,在机械设计中有很多死角及不能完成的科目;电气传动精度高,可节省能源,无污染,噪声低,但缺点是输出力小,惯性大及输出刚度小,一般适用传递功率较低的场合;液压传动单位质量的输出功率大、承载能力大、传动均匀平稳、反应速度快,容易实现无级调速,易于实现过载保护,如与电气控制相配合,可较方便地实现复杂的程序动作和远程控制,缺点是易泄漏,维护比较严格。

由于管桩成型机工作环境比较恶劣,系统要求传动装置体积小、质量轻、易于实现自动控制、能在很大范围内实现无级调速,结合机械传动、电气传动和液压传,,动各自的特点,该设备最终选择了液压传动方式,并和电气控制相结合,采用电液比例控制方案,这样可以充分发挥两者传动的优势,不仅简化了液压系统,实现复杂程序控制,而且可以利用电信号实现远距离控制,还可以利用反馈提高控制精度或实现特定的目标。

2.设计目标

管桩成型机是混凝土管桩生产线上的主要设备,用于将搅拌站生产的混凝土卸入到管桩钢模内。系统传动方式选择好之后,管桩成型机的总体结构装置方案就可以确定下来了,其总体结构简图如图1所示。该设备综合运用了机械、电气、液压方面的技术,主要由行走装置、起升机架、管桩模具和搅拌装置等构成。

图1 管桩成型机结构图

1—行走液压缸；2—模具转动液压马达；3、6—起升液压缸；

4—行走机构；5—机架；7—管桩模具；8—铰链；9—搅拌机；

10—搅拌机液压马达；11—料斗

如图1所示,行走机构4是由行走液压缸1驱动的,可带动整个机架5做水平运动。为了使混凝土均匀分布在管桩模具7内,液压马达2驱动管桩模具7做旋转运动。机架的正反向倾动是由起升液压缸3和6同时驱动的,当起升液压缸3的活塞杆伸出,而起升液压缸6的活塞缩回时,机架做正向倾动;反之,起升则机架做反向倾动。为了限制运行时的晃动,保证其稳定性,机头增设两副铰链机构8。搅拌机9是由液压马达10驱动的,可将储存在料斗11内的混凝土源源不断地送到管模内。为了防止料斗内的混凝土进入搅拌轴承,搅拌轴左右两端装有防尘圈和密封圈,搅拌轴左端通过花键套和液压马达相连。为了适应带黏性的半流体物料的输送搅拌并降低阻力,搅拌机叶片设为分立式结构。

起初,管桩成型机的机架应调整为水平工作状态,然后按“起动”按钮,这时候机架开始正向倾动。当碰到行程开关S1时,机架停止正向倾动,开始向左正向移动;当碰到行程开关S2时,机架停止正向移动,模具开始转动;经过10s左右,搅拌机开始转动,可将料斗内的混凝土不断输送到管模内,当新拌的混凝土填满整个模具的时候,人工控制搅拌机停止而此时的模具还将转动10s左右;紧接着机架开始反向横移,当碰到行程开关S3时,机架停止移动,开始反向倾动;当碰到行程开关S4时,机架停止倾动,这时模具开始转动,确保模具内的混凝土沿四周布料均匀,模具转动的时间一般为1min,人工控制模具停止,此时机架正向倾动;当碰到行程开关S5时,机架恢复到初始水平位置。

至此，管桩成型机完成一个工作循环，其工作流程如图2所示。

图2 管桩成型机的工作流程

本文将进行的管桩成型机液压系统设计，目的是为了解决传统管桩成型机的抗干扰能力差，工作效率低，控制精度低的问题。

3.拟采用的技术方案及措施

1）系统设计技术要求

液压传动系统是管桩成型机的一个重要组成部分，它的设计必须同主机的总体设计同时进行。着手设计时，必须从实际情况出发，有机地结合各种传动形式，充分发挥液压传动的优点，力求设计出结构简单、工作可靠、成本低、效率高、操作简单、维修方便的液压系统。设计的主要参数和性能有搅拌机最高转速、摸具最高转速、主机横向移动速度、主机横向移动工作行程、主机倾向移动速度、主机倾向移动工作行程、主机的重量等。

根据系统控制的技术要求，搅拌机和模具的转速都可以根据实际需要作出相应的调整。因此结合国内外比较成熟的电液比例控制技术和计算机控制技术，此处采用比例溢流阀和比例调速阀控制的电液比例控制系统，可对模具马达和搅拌机马达的速度和压力进行比例控制。

2）初定系统工作压力

压力的选择要根据载荷大小和设备类型而定，还要考虑执行元件的装配空间、经济条件及元件供应情况等限制。在一定的情况下，工作压力太低，势必要加大执行元件的结构尺寸，会影响经济性。从设备结构紧凑、实用和经济等角度出发，初步选定工作压力。

3）执行元件主要参数的确定

a.行走液压缸的主要参数确定。

b.起升液压缸的主要参数确定。

c.搅拌机马达和模具马达的选型。

4）拟定液压系统原理图

根据系统设计要求，搅拌机和模具转动的速度可随时调整，所以采用由电液比例溢流阀组成的无级调压回路和由电液比例调速阀组成的进油节流调速回路。起升液压缸采用回油节流调速回路，使得机架在反向倾动时形成背压，提高了液压缸运行的平衡性能。

采用外泄式液压锁保压,同时控制液压锁的换向阀为Y型换向阀,这样可保证起升液压缸锁紧迅速、准确、可靠。

采用双联叶片泵供油回路,可保证模具和搅拌机同时转动的时候,两个泵同时向系统供油;而当搅拌机不转动的时候,低流量泵通过卸载阀卸载。因此,将上述所选定的液压回路进行组合,拟定的液压系统原理如图3所示,液压统的动作循环见表1,表中“ ”表示通电,“-”表示断电。

图3 管桩成型机液压系统原理图

1—双联叶片泵；2—电动机；3、4—单向阀；5—二位三通换向阀；

6、11—比例溢流阀；7、10—比例调速阀；8—搅拌机马达；9、22—背压阀；

12—过滤器；13—冷却器；14、16、20—三位四通换向阀；15—行走液压缸；

17—外泄式液压锁；单向节流阀；19—起升液压缸；21—模具转动液压马达

P1、P2—比例溢流阀给定电信号；Q1、Q2—比例调速阀给定电信号

表1 电磁铁动作循环

工作状态/电磁阀	1Y	2Y	3Y	4Y	5Y	6Y	7Y	P1	Q1	P2	Q2
机架正向倾动	—	—	—	—	＋	—	—	—	—	＋	＋
机架正向横移	—	＋	—	—	—	—	—	—	—	＋	＋
模具转动	—	—	—	—	—	＋	—	—	—	＋	＋
搅拌机转动	＋	—	—	—	—	—	—	＋	＋	—	—
机架反向横移	—	—	＋	—	—	—	—	—	—	＋	＋
机架反向倾动	—	—	—	＋	—	—	—	—	—	＋	＋
模具转动	—	—	—	—	—	＋	—	—	—	＋	＋
机架正向倾动	—	—	—	—	＋	—	—	—	—	＋	＋

5）计算和选择液压元件

a.液压泵的选择b.液压阀的选择c.油箱容积的确定d.管路的选择e.冷却器的选择f.过滤器的选择

6）液压系统性能验算

a.计算沿程压力损失b.计算局部压力损失c.计算总压力损失

7）绘制液压系统工作图、编制执行文件

3. 研究计划与安排

1-2周，收集相关资料，阅读文献，思考设计内容和技术方案，撰写开题报告；阅读外文文献及翻译。

3-4周，明确选题机构技术要求，对机构进行工况分析，确定主要参数，初步拟定液压系统原理图。

5-6周，讨论修改并绘制液压系统原理图。

4. 参考文献（12篇以上）

[1]张利平，山峻.液压站设计与使用维护[m].北京：化学工业出版社，2013.

[2] 雷天觉.新编液压工程手册[m].北京：北京理工大学出版社.1998.

[3] 韩桂华，时玄宇，樊春波.液压系统设计技巧与禁忌[m].北京：化学工业出版社，2014，5.